Solutions Open Source Pour Temps-réel et Embarqués

Objectifs de la formation Linux embarqué
Ce séminaire fournit une présentation concise mais exhaustive des principes, outils et méthodes de développement Open Source dans le contexte de l’embarqué et du temps-réel sous Linux. Il commence par détailler les concepts fondamentaux afin d’appréhender clairement ses finalités. Ensuite, les technologies principales sont présentées en insistant sur les problématiques résolues, les cas d’utilisation et le panorama des offres du marché.

A qui s’adresse la formation Linux embarqué
Ce cours s’adresse à tout développeur, chef de projet ou architecte impliqués dans des applications Open Source soumises à des contraintes temps-réel ou s’imbriquant dans des environnements embarqués.

Pré-requis :
Connaissance d’Unix ou de Linux, notions de programmation en C

Travaux pratiques :
Pas de travaux pratiques, mais de nombreuses démonstrations pour illustrer et étayer la conférence

Contenu de la formation Linux embarqué

* Développement sous Linux avec des logiciels libres

Environnement Linux

Origine et philosophie des logiciels libres. Projet GNU, Free Software Fundation.
Licences GPL, LGPL, BSD : différences, implications pour l’utilisateur et le programmeur. Cohabitation des applications propriétaires et des logiciels libres.
Distributions Linux : comparaison des principales distributions actuelles (Fedora, RedHat Enterprise, Mandriva, Debian, Suse)
Développement du noyau Linux : usages, versions du noyau, patches et extensions parallèles (ex. uCLinux ou RTAI).


Outils pour le développement traditionnel
Environnement de travail sous Linux : console texte, console X-Window classique (Fvwm, Motif, et clone CDE), environnements KDE et Gnome.
Aperçu des applications disponibles pour le grand public (Firefox, Open Office, Gimp...).
Outils de développement en ligne de commande : compilateur GCC, débogueur GDB et interface DDD, débogage distant.


Environnements de développement intégré

Eclipse : présentation du projet, concepts et fonctionnement des plug-ins. Installation d’Eclipse sous Linux et interactions avec les outils en ligne de commande. Possibilité de développement sous Windows avec les outils du projet Cygwin.
K-Develop : présentation du projet, imbrication dans KDE. Licences particulières des bibliothèques QT et QT/embedded.


Outils pour le développement industriel
Outils de diagnostic et débogage avancé : memprof, valgrind, gprof, oprofile, sysprof, Linux Trace Toolkit, etc.
Développement croisé : mise en place d’une chaîne de compilation complète.
Autres aspects avancés du développement : bibliothèques statiques et dynamiques, chargement de plug-ins, écriture de modules du noyau.


* Systèmes embarqués et périphériques personnels

Choix d’une solution pour application embarquée
Sans système d’exploitation, système « maison », système d’exploitation propriétaire ou libre.
Choix d’un système d’exploitation libre (eCos, Free Rtos, ucLinux, Linux standard)...
Distributions Linux embarquées commerciales (Monta Vista, Lynux Works) et libres (K-Linux, ET-Linux, PeeWe...).


Construction personnalisée d’un système embarqué

Choix et configuration d’un noyau (2.4, 2.6), choix d’un système de fichiers (ext2, ext3, vfat, crams, jffs), chargeur de démarrage (Lilo, Grub, Red boot, U-boot).
Choix des applications minimales et services réseau (Busybox, Tinylogin, Ip-multiserv...). Bibliothèques C allégées (Diet libc, uClibc, New lib...). Scripts de démarrage.
Interfaces utilisateur texte (nCurses, dialog) ou graphique : système X-Window standard et alternatives allégées.


Pilotes de périphériques personnalisés
Principes et méthodes de programmation dans l’espace noyau Linux. Exemples d’écriture de pilotes de périphériques (drivers).
Insertion en modules ou intégration dans le noyau : implications techniques et contraintes de licences.
Possibilité de débogage de modules du noyau. Outils de suivi et de diagnostic.


* Systèmes à contraintes temporelles

Contraintes temporelles faibles

Contraintes temporelles : sommeil, attente précise, réponse aux événements externes.
Principes de l’ordonnancement sous Linux. Différences entre les noyaux 2.4 et 2.6. Activation de l’option « noyau préemptible ».
Délai de réponse aux interruptions. Espace noyau et processus.


Contraintes temporelles moyennes
Ordonnancement temps-réel souple (soft realtime). Exemples de processus prioritaires.
Réponses aux interruptions : gestionnaire dans le noyau, bottom halves : tasklets et workqueues. Dans l’espace utilisateur : appels-système bloquants ou signaux.
Mesure de précision des sommeils. Mesure du temps de latence des interruptions.


Contraintes temporelles fortes
Concepts du temps-réel strict (hard realtime).
Solutions commerciales (RT-Linux ; Monta Vista...) ou libres sous Linux.
Etude de RTAI : micro-noyau Adeos et API RTAI : installation, threads temps-réel, communication par fifos temps-réel avec l’espace Linux.
Mesure des sommeils. Précision des timers et latence des interruptions.